袁冰(內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰旗煤制天然氣有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350)

0 引言

在現(xiàn)代化社會的不斷發(fā)展下，高氨氮廢水的處理問題受到了社會各界的廣泛關注，高氨氮廢水處理的優(yōu)良性將會直接影響煤氣化工藝的發(fā)展。與此同時，煤氣化工藝正面臨著嚴峻的機遇與挑戰(zhàn)，對該領域提出了更高層次的要求和標準。在煤氣化生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的廢水，例如高氨氮廢水的成分相對復雜，廢水濃度較高，傳統(tǒng)的廢水處理技術很難將其完全的降解和生化?；诖?，需要進一步對高氨氮廢水處理技術進行優(yōu)化和改善，從高氨氮元素的本質(zhì)和特性出發(fā)，對具體情況展開更深層次的研究，科學選擇合理的脫氮技術，優(yōu)化高氨氮廢水處理的方案，最大程度地保障處理效果。

1 煤氣化綜合廢水來源

煤氣化綜合廢水的成分具有一定的復雜性，主要包括生產(chǎn)廢水、生活廢水、清凈下水和雨水四大類。其中，生產(chǎn)廢水占據(jù)主導地位。從污染物性質(zhì)來分析，可以分為有機廢水和含鹽廢水兩部分。

煤氣化領域是一項系統(tǒng)性的工程，其能源消耗量大，涉及領域十分的廣泛。煤氣化廢水水量大，水質(zhì)相對復雜，一方面表現(xiàn)在雜質(zhì)種類多，另一方面表現(xiàn)在雜質(zhì)與雜質(zhì)之間存在很大的差異性，其中主要分為酚和氨兩種，占據(jù)主導地位。并且，其含有大量的有毒污染物，毒性大，產(chǎn)生的廢水具有強烈的致癌性。且從成分上來看也十分復雜，危害性大。若不予以充分重視，將其科學有效的凈化和分解，一旦處理不當，便會對環(huán)境、人類造成極大的威脅[1]。

2 常見的高氨氮廢水處理工藝的弱點

高氨氮廢水的形成主要是由于氨水和無機氨共同存在下所引發(fā)的，如果pH檢測為酸性，廢水中的氨氮主要由于無機氨所導致。廢水中氨氮的構成主要有兩種：一種是氨水形成的氨氮；一種是無機氨形成的氨氮，主要是硫酸銨、氯化銨等。

首先，在面臨高氨氮廢水處理過程中，其受經(jīng)濟條件的局限性較大，無論是高氨氮廢水處理技術還是設備，亦或是后期的技術研發(fā)和改進等方面的所需資金上，都需要不斷更新和完善。與此同時，無論是蒸氨(汽提)或吹脫A/O或吹脫化學沉淀，都需要經(jīng)濟作為支撐，存在成本投入高、運行成本高、后期維護成本高的問題。總而言之，就是“蒸氨”一次性投資太大，“吹脫”動力消耗太大。

其次，在應用續(xù)接A/O法進行高氨氮廢水處理的過程中，一方面受到經(jīng)濟條件的影響，另一方面表現(xiàn)在該方法所用的占地面積相對較大，在空間和場地上具有很大的束縛，對預處理出水的要求苛刻(如NH3-N必須小于300 mg/L，汽提或吹脫法對超過5 000 mg/L以上的高濃度氨氮廢水根本達不到這個要求，于是只能用成倍的清水稀釋)。

煤氣化工藝的高氨氮廢水處理技術工藝存在諸多問題，由于煤氣化工藝具有一定的復雜性的難度性，在面臨廢水處理問題的過程中也缺乏合理的分析和精準的把握。與此同時，在應用廢水處理技術工藝的過程中存在一定的盲目性，沒有根據(jù)具體情況展開具體的分析和討論。在面對不同程度的廢水處理問題上，對工作方法的科學性和高效性沒有予以充分重視，例如缺乏與水質(zhì)特點的有機結合和缺乏廢水處理技術流程的規(guī)劃和設計等。比如續(xù)接化學沉淀法，雖然投資和占地面積都比A/O法小(A/O裝置進出水主要裝置進出水主要污染物指標，如表1所示)，藥劑的消耗量太大，N、P和Mg之比都在1.0∶1.1～1.2，處理藥劑成本太高，而且出水也不可能達到國家一級或二級排放標準[2]。

表1 裝置進出水主要裝置進出水主要污染物指標

在現(xiàn)代化發(fā)展的社會背景下，傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術、生產(chǎn)設備很難切實地滿足社會發(fā)展的需要，無論是在大規(guī)模生產(chǎn)還是長時間作業(yè)上，都存在一定的弊端。隨著我國社會需求的不斷擴大，生產(chǎn)規(guī)模、方式、理念、技術、設備的優(yōu)良性顯得越來越重要。但是，就目前的情況而言，部分企業(yè)都難以完成上述五個方面的要求，機械設備較為老舊、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量低下。在此基礎上，一些企業(yè)由于自身資金緊張，對新設備的引進、新技術的開發(fā)與應用得不到實質(zhì)性的保障，且設備管理及后期維修等問題也會加劇成本問題，導致企業(yè)自身難以承擔。

3 煤氣化工藝中高氨氮廢水的處理方案

3.1 物化法

3.1.1 吹脫法

常用的吹脫法主要分為空氣和蒸汽兩種方式。吹脫法的應用主要是通過氨氮的濃度來達到廢水的有效處理，在堿性環(huán)境下，氣相濃度和液相濃度之間的氣液屬于平衡關系，進而可以利用二者之間的這種平衡關系進行分離。由于吹脫與濕度、pH、氣液息息相關，高氨氮廢水在堿性條件下，其基本原理是銨根離子轉(zhuǎn)化為氨分子，在脫氨塔中通入氣體，使其與液體進行充分的接觸，廢水中溶解的氣體和揮發(fā)性氨分子穿過汽液界面，轉(zhuǎn)移到氣相，從而達到去除氨氮的目的。

3.1.2 沸石脫氨法

所謂沸石脫氨閥，其原理主要是利用沸石中的陽離子，使得陽離子與廢水中的NH4+進行交換，從而達到脫氮的目的。但是，在應用該方法的過程中，必須根據(jù)具體問題具體分析，綜合分析和考慮實際問題，特別需要注意的是沸石的再生問題，沸石資源是有限的。除此之外，沸石脫氨法從大體上可以分為再生液法和焚燒法兩大類。其中，在應用焚燒法的過程中，必須充分考慮其對環(huán)境造成的影響，進一步發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，最大程度地降低或者避免焚燒法的弊端和安全隱患問題，優(yōu)化焚燒流程，提高焚燒的質(zhì)量和效率。

3.1.3 膜分離技術

在我國科技力量的支持下，我國煤氣化技術正朝著成熟化、智能化、自動化、高效化、安全化的方向發(fā)展，其應用范圍和應用效果顯著提升，在選擇性上也更加具備多樣性的特點。在此過程中，膜處理技術也是一種新的導向，適用于廢水雜質(zhì)量不高和蒸發(fā)冷凝水等的脫氨，對進一步加強高氨氮廢水處理處理效果有十分重要的意義。較其他技術相比，該技術所消耗的能量相對較低，是當前煤氣化工藝處理氨氮廢水過程中最常用的一種手段。選擇膜分離技術，可以充分利用膜的選擇透過性實現(xiàn)氨氮的去除。該技術具有操作簡單、方便快捷的優(yōu)勢和特點，且利用該技術的同時不會引發(fā)二次污染問題，取得的實際效果較為理想，氨氮回收率高。氨氮在水中存在著離解平衡，隨著pH升高，氨在水中NH3形態(tài)比例升高，在一定溫度和壓力下， NH3的氣態(tài)和液態(tài)兩項達到平衡。通過應用該技術，膜的一側(cè)是廢水，另一側(cè)是堿性溶液，進而通過調(diào)節(jié)pH值，改變氨氣的比重，從而使得氨氣能夠透過膜轉(zhuǎn)移到酸性吸收液的一側(cè)，與酸發(fā)生反應生成銨鹽，之后廢水再進入蒸發(fā)系統(tǒng)。除此之外，從膜分離技術處理氨氮廢水的原理，氨氮的處理過程其中在膜管中，因此進一步加強廢水中的懸浮物數(shù)量就顯得極為重要，從而提高處理的質(zhì)量和效率，最大化地減少或者避免堵塞問題[3]。

3.1.4 MAP沉淀法

3.2 粉末活性炭法(PACT工藝)

粉末活性碳法的基本原理是通過向曝氣池中投加粉末活性炭，充分利用和開發(fā)了粉末活性炭的特點，從而使得高氨氮廢水處理問題得到了有效解決。粉末活性炭的優(yōu)勢在于其微孔結構的特殊性，該方法以其超強的吸附力從而能夠更好地達到高氨氮廢水處理的標準。且在此過程中不會產(chǎn)生污染問題，大大提高了降解的質(zhì)量和效率。在現(xiàn)階段的社會發(fā)展驅(qū)使下，我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科技力量的不斷提高，國內(nèi)國外的交流與溝通力度不斷加大，共同研發(fā)了更加高效的煤氣化工藝處理氨氮廢水技術，全新的脫氮工藝是現(xiàn)代化社會發(fā)展下的必然趨勢和必然結果，也是該領域的一種新的發(fā)展方向，有效解決了高濃度氨氮廢水的脫氮處理問題的途徑。

3.3 短程硝化反硝化

生物硝化反硝化也是煤氣化工藝處理氨氮廢水的一個重要方式，該方式最為顯著的特點是經(jīng)濟性，所需消耗的人力、物力、財力較少，成本較低，因此，適用于一些大規(guī)模的氨氮廢水處理工作。短程硝化反硝化的基本原理是通過進一步分析氮氣的相關特性問題，從而使得氨氮氣廢水處理和生態(tài)環(huán)境氮氣進行有機結合，利用硝化菌和反硝化菌的聯(lián)合作用使得氨氮科學的轉(zhuǎn)化為氮氣，以達到脫氮目的。由于氨氮氧化過程需要大量的氧氣作為支撐，這也是短程硝化反硝化成本的集中提現(xiàn)。但是，后期短程硝化反硝化有效避免了這一問題，降低了成本，提高了經(jīng)濟效益。這主要是將氨氮氧化控制在亞硝化階段，然后進行反硝化，省去了傳統(tǒng)生物脫氮中由亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，再還原成亞硝酸鹽兩個環(huán)節(jié)，一方面有效縮短反應時間，另一方面實現(xiàn)了環(huán)節(jié)的簡化的同時，提高了實際處理的效益[5]。

3.4 超聲吹脫處理氨氮

從超聲吹脫法較傳統(tǒng)的吹脫法來看(表2)，是一種突破與創(chuàng)新，是現(xiàn)代化科技力量推動下的一種新型的處理氨氮廢水技術。該技術打破了傳統(tǒng)的氨氮廢水處理模式，同時也避免了傳統(tǒng)模式下處理的不足和問題，通常適用于一些高濃度的氨氮廢水處理。該方式具有高效性、安全性、智能型，通過有效地應用超聲波輻射廢水處理技術，進一步加強對超聲波輻射技術與吹拖處理技術的研究，提高了二者之間的兼容性和協(xié)同性，從而使得二者能夠進行深度結合，發(fā)揮出最大的性能和價值。這種方式可以說是超聲波輻射技術與吹拖處理技術的升級與結合，大大降低了單一處理氨氮廢水的局限性，在成本上也占據(jù)一定的優(yōu)勢，從而能夠更好地對廢水中的雜質(zhì)和有機物進行降解，提高了處理氨氮廢水的質(zhì)量和效率。

表2 吹脫處理結果分析

3.5 化學法

所謂化學式，顧名思義就是通過全過程的使用化學方式，綜合化學氨氮去除的相關化學試劑，從而科學有效的將氨氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨?。與此同時，該過程具有直接性，一方面對設備和技術的要求和標準不高，降低了人力、物力、財力的支出，且具備較高的靈活性；另一方面，化學法的環(huán)保性能高，反應速度快，消耗時間一般控制在5～6 min左右。其中，希潔氨氮去除劑是最常用的一種氨氮化學試劑，在應用的過程中必須根據(jù)實際情況和實際需求對投加量進行科學、合理的把控，避免投入過多的浪費問題，以及投入過少的反應不充分、去除不徹底問題。據(jù)可靠資料表示，該方式的反應速率高達96%[6]。

3.5.1 化學沉淀法

化學沉淀法是通過在氨氮廢水中投加鎂化合物或磷酸氫鹽，生成磷酸銨鎂沉淀，從而去除水中的氨氮。其主要是利用以下化學反應：Mg2++2NH3·H2O=Mg(OH)2↓+2NH4+，此法工藝操作相對簡單，反應穩(wěn)定，適用于高濃度氨氮廢水的前處理。

3.5.2 化學氧化法

化學氧化法是通過強氧化劑將氨氮直接氧化成氮氣的一種方式，是進行脫除的一種方法，可以達到有效去除雜質(zhì)的效果。其中，折點加氯最為實用，受到了社會各界的廣泛關注。折點加氯的基本原理是將其通入廢水中，使得氨氣和氯氣進行充分反應，從而達到某一個極限點變?yōu)榘睔饷摪保瑢崿F(xiàn)氮氣的轉(zhuǎn)換，起到良好的殺菌作用。企業(yè)應將自身的發(fā)展與實際情況結合，不能一味地追求經(jīng)濟效益而忽視了社會效益以及對環(huán)境造成的不利影響。

3.6 高級氧化法

高級氧化法是煤氣化工藝高氨氮廢水處理過程中的一項重要方案，也是最為常見的一項技術，效果十分顯著，但是，其在煤氣化工藝流程的應用中并不常見。高級氧化法具有耗時短、效果好、應用范圍廣、便于操控，方便快捷的優(yōu)勢和特點，其受到客觀因素的局限性也較少，對時間和地點沒有過多的要求，在有效去除雜質(zhì)的過程中也不會造成新雜質(zhì)的產(chǎn)生。但是，也正是由于該方式的優(yōu)勢，在一定程度上存在一定的經(jīng)濟問題，其成本支出相對較高，故而適合一些嚴重的高氨氮廢水處理項目。該技術目前的問題就在于成本控制上，具有廣闊的市場空間和提升空間。國家及相關領域應加大研發(fā)力度，降低成本，不斷升級和改進，從而使得高級氧化法的應用得到有效開發(fā)，確切地落實到煤氣化工藝高氨氮廢水處理過程中，發(fā)揮最大的價值。

3.7 吸附法

吸附法具有良好的吸附性能，且其化學性質(zhì)具有穩(wěn)定性，是利用吸附劑使一種物質(zhì)從液相或氣相轉(zhuǎn)移到固體表面的一種傳質(zhì)現(xiàn)象。其基本原理是通過具有孔徑小、空隙多、比表面大等特點的吸附材料，從而實現(xiàn)煤氣化工藝處理氨氮廢水的目的。在煤氣化工藝處理氨氮廢水的過程中，常用吸附劑有活性炭、粉煤灰、膨潤土等。其中，活性炭最為常用，取得的效果也最為理想；而粉煤最不常用，雖然成本低，但是在應用的過程中機器容易造成二次污染問題，具有較大的局限性。

4 結語

綜上所述，現(xiàn)階段我國在煤氣化工藝中氨氮廢水處理問題上面臨一些局限性，導致氨氮廢水處理效果不夠理想，不能切實滿足社會發(fā)展的需要。基于此，本文從煤氣化綜合廢水來源的角度作為出發(fā)點，簡要分析和闡述了常見的高氨氮廢水處理工藝的弱點，重點對煤氣化工藝中高氨氮廢水的處理方案進行了重點探究，旨在進一步發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，促進煤氣化工藝更加長遠、持久、高效的發(fā)展。